Robert Douglas Thomas Pattinson lahir pada 13 Mei 1986 di London, Inggris. Ia berasal dari keluarga yang berkecimpung di bidang berbeda: ayahnya, Richard Pattinson, sebagai dealer mobil klasik, dan ibunya, Clare, pekerja di agensi model. Ia dibesarkan di daerah Barnes, London, bersama dua kakak perempuannya. Sejak kecil, Robert sudah menunjukkan minat besar terhadap musik, belajar gitar dan piano sejak usia empat tahun.

Selain musik, Robert juga pecinta film, terutama karya-karya auteur. Ia lebih suka menonton film daripada mengerjakan PR saat remaja. Pada usia remaja, ia mulai tampil solo di acara open mic di London, menyanyikan lagu ciptaannya sendiri. Awalnya, ia tidak berencana menjadi aktor, bahkan guru drama di sekolah menyarankan agar tidak bergabung di klub drama karena dianggap tidak cocok.

Namun, dorongan dari ayahnya membuat Robert bergabung dengan klub teater amatir. Pada usia 15 tahun, setelah dua tahun di balik panggung, ia mengikuti audisi untuk peran kecil di drama 'Guys and Dolls' dan berhasil mendapatkan peran sebagai penari Kuba tanpa dialog. Setelahnya, ia mendapatkan peran utama dalam drama 'Our Town', yang menarik perhatian agen bakat, memulai karir profesionalnya.

Karir layar pertamanya adalah di film 'Vanity Fair' (2004), tetapi sayangnya ia tidak muncul di versi akhir film. Ia mendapatkan peluang lewat audisi dari casting director yang merasa bersalah karena tidak memberi tahu bahwa ia tidak lolos, dan mengajaknya audisi untuk 'Harry Potter and the Goblet of Fire' (2005). Ia sukses memerankan Cedric Diggory di film tersebut, yang memperkenalkannya ke penonton lebih luas saat usianya masih 19 tahun.

Di Inggris, Robert tampil di berbagai produksi televisi kecil. Hollywood awalnya kurang tertarik padanya, dan ia ragu untuk berkarir di dunia akting. Ia masih mengirimkan rekaman audisi ke Amerika, termasuk untuk film komedi romantis, namun gagal. Dalam perjalanan, ia menghadiri audisi terakhir untuk peran vampir di 'Twilight' dan akhirnya mendapatkan peran sebagai Edward Cullen, yang membuatnya terkenal seantero dunia saat berusia 22 tahun. Film Twilight dan kelanjutan seri-nya meraih pendapatan total lebih dari 3,3 miliar dolar AS.

Selain Twilight, Robert membintangi film seperti 'Remember Me' (2010), 'Water for Elephants' (2011), dan 'Bel Ami' (2012). Setelah era Twilight, ia mendapatkan tawaran dari sutradara terkenal, David Cronenberg, untuk membintangi 'Cosmopolis' (2012), yang mengingatkannya akan cintanya pada dunia film dan meningkatkan keinginannya bekerja dengan sutradara hebat. Ia kemudian fokus pada film independen dari sutradara auteur seperti James Gray dan Claire Denis, memperlihatkan kemampuan akting yang beragam dan mendalam.

Peran-perannya yang menonjol termasuk karakter penjelajah di 'The Lost City of Z' (2016), conman dalam 'Good Time' (2017), dan cowboy dalam 'Damsel' (2018). Ia juga tampil dalam 'High Life' (2018), 'The King' (2019), dan 'The Lighthouse' (2019). Pada 2020, ia bermain sebagai pendeta korup di 'The Devil All the Time' dan kembali ke mainstream lewat 'Tenet' karya Christopher Nolan. Saat ini, ia sedang bersiap menjadi Batman dalam film 'The Batman' (2022).